Influence de la largeur des allées sur le danger d’extension du feu par rayonnement thermique
Influence de la distance Poteau/Stand sur les conditions d’échauffement d’une section courante de ferme courante (piédroit intérieur)
Évaluation des conditions de danger des personnes soumises au
Simulation du feu et du mouvement de la fumée en ingénierie de la sécurité contre l’incendie
• Application réglementaire : « ingénierie du désenfumage »
• Nef du Grand Palais des Champs-Élysées
• Evaluation de l’enfumage et de solutions de désenfumage
Définition des sources de rayonnement
Sc Sc é é narios consid narios consid é é r r é é s s
puissance maximale proposée par l’autorité compétente et
conforme à la réglementation (36 m², 500 kW/m²), soit pour l’étude relative au désenfumage :
• 18 MW [Stand (6x6) m²]
Deux autres scénarios ont été retenus
• 72 MW [4 stands (6x6) m²] – (désenfumage)
• 4,5 MW [Stand (3x3) m²] – (sollicitation sur les cibles)
Remarques Remarques
•• une puissance de quelques MW peut être atteinte par exemple pourune puissance de quelques MW peut être atteinte par exemple pour un un feu de matelas ou un stockage occupant au sol plusieurs m
feu de matelas ou un stockage occupant au sol plusieurs m²² de matéde matériaux riaux àà base de mousses souples.base de mousses souples.
•• Pour un feu d'un éPour un feu d'un élléément mobilier, tel qu'une table couverte de papiers, la ment mobilier, tel qu'une table couverte de papiers, la puissance maximale atteinte est plutôt de quelques centaines de
puissance maximale atteinte est plutôt de quelques centaines de kW.kW.
•• L'hypothèL'hypothèse de retenir des puissances de 4,5 MW, 18 MW et 72 MW est se de retenir des puissances de 4,5 MW, 18 MW et 72 MW est donc pessimiste, puisque dans la r
donc pessimiste, puisque dans la rééalitalitéé de déde démarrages accidentels du feu, marrages accidentels du feu, le premier foyer est sans doute moins puissant que celui retenu
le premier foyer est sans doute moins puissant que celui retenu ici.ici.
Vitesse de consommation des combustibles solides Vitesse de consommation des combustibles solides
•• Au déAu débit calorifique dbit calorifique d’’un foyer Q, correspond un dun foyer Q, correspond un déébit massique de bit massique de consommation de mati
consommation de matière combustible par pyrolyse, ère combustible par pyrolyse, mmpp, selon : Q=m, selon : Q=mppxhxhcc, , oùoù hhcc est la chaleur massique de combustion.est la chaleur massique de combustion.
•• On distingue une phase de croissance, une phase de puissance On distingue une phase de croissance, une phase de puissance maximale, et une phase de d
maximale, et une phase de déclin. Pour repréclin. Pour représenter mathésenter mathéématiquement matiquement cette
cette éévolution temporelle, on a choisi des segments de droite pour la volution temporelle, on a choisi des segments de droite pour la croissance, le plateau et le d
croissance, le plateau et le dééclin. La durclin. La duréée de ce plateau est fixe de ce plateau est fixéée e àà 20 20 minutes, les phases de croissance et de d
minutes, les phases de croissance et de dééclin sont de 5 minutes (cinclin sont de 5 minutes (cinéétique tique rapide).
rapide).
L'éL'évolution temporelle de Q est donnvolution temporelle de Q est donnéée e àà la figure 1.la figure 1.
•• Une valeur de Une valeur de hhcc de 20 MJ par kg de combustible a éde 20 MJ par kg de combustible a éttéé retenue, valeur retenue, valeur interm
interméédiaire entre celles qui caractdiaire entre celles qui caractéérisent des combustibles risent des combustibles àà base de base de dédérivrivéés du bois, et celles qui sont relatives s du bois, et celles qui sont relatives àà des polymèdes polymères de synthres de synthèse. èse.
L'int
L'intéégration de l'gration de l'éévolution temporelle du dvolution temporelle du débit calorifique fournit lébit calorifique fournit l’é’énergie nergie totale lib
totale libéréréée par la combustion du foyer. e par la combustion du foyer.
Elle atteint 27000 MJ en fin de feu (figure 2).
Elle atteint 27000 MJ en fin de feu (figure 2).
Définition des sources de rayonnement
Vitesse de consommation des combustibles solides Vitesse de consommation des combustibles solides
0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000 18000 20000
0 300 600 900 1200 1500 1800 2100 2400
t, s
Q, kW
Foyer : 18 MW
Phase de plateau
Figure 1
0 5000 10000 15000 20000 25000 30000
0 300 600 900 1200 1500 1800 2100 2400
t, s
Chaleur, MJ
Foyer 18 MW
Phase de plateau
Figure 2 27000 MJ
Figure 1 : Débit calorifique (kW)
Figure 2 : Énergie totale dégagée (MJ)
Définition des sources de rayonnement
Lien de ces donné Lien de ces donn é es et la charge calorifique surfacique es et la charge calorifique surfacique
•• Les calculs effectuéLes calculs effectués s'appuient sur une s s'appuient sur une éévolution temporelle de la vitesse volution temporelle de la vitesse massique de consommation des combustibles,
massique de consommation des combustibles, mmpp et non pas sur une charge et non pas sur une charge calorifique.
calorifique.
•• A une éA une évolution temporelle de Q donnvolution temporelle de Q donnéée, on peut associer la chaleur totale e, on peut associer la chaleur totale dédégaggagéée et la rattacher e et la rattacher àà une valeur de la charge calorifique surfacique. une valeur de la charge calorifique surfacique.
•• Les donnéLes données retenues pour des retenues pour déécrire le foyer : crire le foyer : Surface du foyer de 36 m²Surface du foyer de 36 m²,,
DDéébit calorifique maximal de 18 MW,bit calorifique maximal de 18 MW, Épuisement du foyer Épuisement du foyer àà une demi-une demi-heure,heure, MatéMatériaux combustibles courants, riaux combustibles courants,
sont coh
sont cohéérentes avec une valeur de la rentes avec une valeur de la charge calorifique surfacique de 750 charge calorifique surfacique de 750 MJ/m²MJ/m², soit environ 37,5 kg/m, soit environ 37,5 kg/m²² de matéde matériaux combustibles (*)riaux combustibles (*)
(*) (*) une valeur de hcune valeur de hc de 20 MJ/kg a éde 20 MJ/kg a éttééretenue,retenue, valeur intermévaleur intermédiaire entre celles qui diaire entre celles qui caract
caractéérisent des combustibles risent des combustibles ààbase de débase de dérivrivéés du bois, et celles qui sont relatives s du bois, et celles qui sont relatives àà des des polym
polymèères de synthres de synthèèse.se.
Définition des sources de rayonnement
Repr Repr é é sentation g sentation g é é om om é é trique des flammes trique des flammes
•• Les flammes de foyers puissants sont de forme complexe et montrent des Les flammes de foyers puissants sont de forme complexe et montrent des fluctuations rapides au cours du temps.
fluctuations rapides au cours du temps.
•• Pour en déPour en définir le bord gfinir le bord gééomoméétrique afin de calculer ensuite le flux trique afin de calculer ensuite le flux thermique rayonn
thermique rayonnéé depuis un contour gdepuis un contour gééomoméétriquement rtriquement réégulier, il est gulier, il est nénécessaire de poser des hypothcessaire de poser des hypothèèses simplificatrices. ses simplificatrices.
•• Nous avons choisi de repréNous avons choisi de représenter le contour de la flamme par un cylindre senter le contour de la flamme par un cylindre vertical, dont il faut donner la base et la hauteur en fonction
vertical, dont il faut donner la base et la hauteur en fonction du temps :du temps :
•• La base inféLa base inférieure du cylindre est le disque horizontal par lequel entre rieure du cylindre est le disque horizontal par lequel entre le déle débit de pyrolyse bit de pyrolyse mmpp, dont le rayon augmente pendant la phase de , dont le rayon augmente pendant la phase de croissance pour atteindre une valeur plateau.
croissance pour atteindre une valeur plateau.
•• La hauteur du cylindre est obtenue àLa hauteur du cylindre est obtenue à l'aide d'un modèl'aide d'un modèle de flamme le de flamme (formule de
(formule de HeskestadHeskestad).).
Définition des sources de rayonnement
Repr Repr é é sentation g sentation g é é om om é é trique des flammes trique des flammes
•• On observe dans une flamme, en partant On observe dans une flamme, en partant du bas, une zone de combustion stable du bas, une zone de combustion stable suivie par une zone de combustion
suivie par une zone de combustion intermittente caract
intermittente caractéérisrisée par des bouffée par des boufféées es de poches r
de poches rééactives. Auactives. Au--dessus de la dessus de la zone r
zone rééactive d'intermittence s'active d'intermittence s'écoule le écoule le panache de gaz chaud non lumineux panache de gaz chaud non lumineux
Hauteur flamme
z0
Cylindre de flamme et panache pour le calcul de l’éclairement sur une cible
Hauteur plafond
Volume gazeux de la flamme et du panache pour le calcul de la température sur l’axe
Foyer «18 MW »
Q max. (kW) : 18000 (18 MW)
rayon flamme max. (m) : 3 hauteur flamme max. (m) : 5.4 t début de plateau (s) : 300 t fin de plateau (s) : 1500 masse brûlée totale (kg) : 1350 chaleur dégagée totale (MJ): 27 000
Définition des sources de rayonnement
Calcul de l’éclairement énergétique
L’é L ’éclairement clairement é é nerg nerg é é tique d tique d é é pend de : pend de :
• •
l’él’émittance de la sourcemittance de la source (flux rayonn(flux rayonnéé par unitépar unité de surface de la source)de surface de la source)•• l’l’orientation de la cible relativement orientation de la cible relativement àà la sourcela source
•• la distance source -la distance source - ciblecible
Distance source/cible
cible verticale
cible horizontale H flamme
Rayon flamme
Température
Allumage d Allumage d ’ ’ objets combustibles : objets combustibles :
• deux cibles : bois de particules agglomérées, • mousse de polyuréthane
• Calcul de la température de surface de la cible
• température critique d’allumage : 300 °C pour le b ois, 200 °C pour la mousse
Echauffement d Echauffement d ’ ’ une section de poteau : une section de poteau :
• Section courante de ferme courante (piédroit intérieur) •
• Calcul de la température de la cible
• Température critique conservative égale à 200 °C
Tenabilit Tenabilit é é des personnes : des personnes :
• • Le niveau de danger dé Le niveau de danger d épend : pend : de l’ de l ’amplitude de l amplitude de l’é ’éclairement, clairement, de la dur
de la duré ée d e d’ ’exposition exposition
• • 2,5 kW/m² 2,5 kW/m ² ne cause pas une agression incompatible avec le ne cause pas une agression incompatible avec le mouvement n
mouvement né écessaire cessaire à à l’é l ’é vacuation vacuation
Réponse des cibles
D D é é lai d lai d ’ ’ allumage : allumage :
• Exploitation des résultats en température de surface •
• Le tableau fournit le délai d’allumage selon le niveau de sollicitation thermique exprimé en kW/m²
1 minute ou moins quelques secondes
>20
5 minutes quelques secondes
15
30 minutes quelques secondes
10
pas d’allumage avant 1 heure quelques minutes
5
bois de particules agglomérées mousse de
polyuréthane Éclairement
(kW/m²)
Allumage d’objets combustibles
Tempé Temp érature de la section rature de la section
139 446
20
115 382
15
77 283
10
57 182
5
Tmin (°C) Tmax
(°C) E
(kW/m²)
Echauffement d’une section de poteau
rappel du niveau d’é rappel du niveau d ’é clairement critique sur les cibles : clairement critique sur les cibles :
• • section de poteau pié section de poteau pi édroit int droit int érieur = 10 kW/m é rieur = 10 kW/m² ²
• • allumage du bois = 10 kW/m² allumage du bois = 10 kW/m ²
• • Allumage mousse = 5 kW/m² Allumage mousse = 5 kW/m ²
• • personne = 2,5 kW/m² personne = 2,5 kW/m ²
Le tableau suivant fournit la distance minimale exprim
Le tableau suivant fournit la distance minimale exprimé ée en m e en mè ètre tre entre le bord du stand et la cible selon sa nature
entre le bord du stand et la cible selon sa nature
20 12
12
6 30
72
9 6
6
3 15
18
5 2,5
2,5
1,5 7,5
4,5
Mousse Bois
Poteau Personne
Rf (m) Q (MW)
